铁电存储器在智能电表中的应用

发布于:2021-09-22 03:23:47

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 铁电存储器在智能电表中的应用 作者:竺伟华 来源:《无线互联科技》2013 年第 11 期 摘 要:在智能电表中,数据擦写次数比较频繁,而且在掉电时存取数据量大、时间短, 因此提高可靠快速的保存数据是一个关键的技术,铁电存储器可以有效的解决此问题,文中以 FM25C160 为例介绍了铁电存储器在智能电表中的应用。 关键词:铁电存储器;智能电表;SPI 总线 1 引言 智能电表是智能电网的智能终端,除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外,它还 具有用电信息存储、双向多种费率计量功能、用户端控制功能等智能化的功能,对于智能电表 要不断的采集数据,其电表的精度不仅与检测芯片的精度有关,更重要的是与其存储方式有很 大的关系。通常的作法是将*时数据记录在 SRAM,当出现掉电故障时将数据写入到 EEPROM,如果检测到的数据不能写入存储器或者写入存储器过程出错都会大大降低电表的精 度,影响其自身的质量,而且存器是存储系统数据及用户数据的关键部件,所以数据的安全保 存是最重要的。 *几年,随着铁电存储器技术的成熟,利用铁存储器可以有效的解决此问题。铁电储存器 FRAM,它的核心技术是铁电晶体材料,兼具了 ROM 和 RAM 的特性,并具有高开关速度、 耐辐射、低功耗等优点。FM25C160 是由 RAMTRON 公司生产的一种铁电存储器,因此在自 动抄表系统的应用可以提高系统安全存取数据的特性。 2 主要特点及引脚 FM25C160 是一个 16Kbit 的 FRAM,总线速度可高达 5MHZ,掉电数据可保持 10 年,低 功耗,100 亿次的读写寿命,在智能电表中可以来一个脉冲写入 FRAM 一次,以 3200 个脉冲 为 1 度电计算,FRAM 可以存 3 百万度电,由于数据是实时写入,就不用担心掉电后数据会丢 的问题。而同类 EEPROM 的擦写次数为 10 万次,所以不能来一个脉冲就写入 EPROM,只能 将脉冲暂存 SRAM 中,另外 EEPROM 写入数据时有 10MS 写的周期,这在停电后必须有足够 长的时间维持 EEPROM 的写入,而且还容易受到干扰,导致写入数据出错。从比较来看, FM25C160 有其它产品不可替代的优势。 FM25C160 采用 8 引脚 SOP 封装,两根电源线,一根片选信号,两个控制信号,两根数据 线,其中一根数据为输入,另一根数据为输出,还有一根同步时钟,引脚功能如表 1 所示: 3 FM25C160 的应用 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn FM25C160 使用串行外围接口 SPI 总线,速度高达 5MHZ,这种高速串行总线能够为主机 微控制器提供高性能的串行通讯功能。 3.1 SPI 总线 SPI 协议是使用时钟和数据线的同步串行协议,由操作码控制,这些操作码指定操作期间 的命令,在/CS 有效时,从总机发送出的第一个字节就是操作码,紧跟操作码后的是任意地址 和数据,一个操作完成后,在一个新的操作码发送之前,/CS 信号必须为无效状态。数据传输 都是以 8 位为一组,它们与时钟信号(SCK)同步,并且它们优先传送最高有效位(MSB)。 串行输入信号在时钟上升沿移入,而输出信号在时钟下降沿移出。 3.2 写操作 首先写入 WREN 操作码,再写入操作码 WRITE,随后写入一个两字节地址,给出起始地 址,可以连续写入数据,只要主机连续发出时钟,FRAM 地址就会内部递增,如果达到最后一 个地址 7FFH,地址计数器就会翻转到 0000H。 3.3 读操作 首先使/CS 有效,主机先发送读操作码,再发送一个两字节地址,主机发送 8 个时钟,每 一时钟通过 SO 读取一个数据位,只要主机连续发送时钟,地址的变化如同写操作。 3.4 与不带 SPI 口的单片机的连接 如处理器具有硬件 SPI 接口,可以直接连接,若自动抄表系统采用 87C51 单片机,其内部 不带 SPI,可以通过普通 I/O 口来连接,如图 1 所示。 利用软件模拟来实现 SPI 接口的数据传送,下面给出发送一个字节的程序清单。 SI EQU P1.6 SCK EQU P1.4 MOV R7, #8 MOV DPTR,#ADRR16 MOV A,@DPTR LPP: RLC A MOV SI,C ;数据传送 SDI 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn CLR SCK SETB SCK ;SCLK 时钟 DJNZ R7,LPP RET FM25C160 是一种高性能的存储器,性能指标远远大于 EEPROM。它的*似无限次快速擦 写和非易失性的特点,将分离的 SRAM 和 EPROM 器件整合到一个铁电存储器,为整个系统 节省功耗,成本,空间,同时增加了整个系统的可靠性。随着铁电技术的日趋成熟,在智能电 表中,存储器采用 FRAM 是一种极具优化的方案。 [参考文献] [1]叶启明.新颖、性能优良的铁电存储器 FRAM.家电检修技术.2006.6. [2]付承菊,郭冬云.铁电存储器的研究进展[M].微纳电子技术.2006.9. [3]孟臣,李敏.高性能铁电存储器 FM24C256 及其在单片机中的应用.电子技术.2003.1. 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

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